[发明专利]一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用，涉及摩擦纳米发电机和碳纤维复合材料领域，该碳纤维复合材料包括卷材A和卷材B；所述卷材A包括碳纤维布和/或碳纤维板；所述卷材B由TENG薄膜、导电树脂层和绝缘层按顺序多层层叠方式制备，电流并联输出；所述TENG薄膜的原料包括纳米金属颗粒、石蜡、热塑性树脂、改良剂。本发明能够兼顾结构增强/加固和电能输出功能，解决远程、分布式实时监测能源消耗问题，及时发现桥梁结构的安全隐患，同时多余能源可供桥梁路灯系统工作，是解决绿色清洁能源需求问题的方式之一。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机和碳纤维复合材料领域，具体涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

滨海环境下基础设施长期处于荷载和腐蚀环境等多因素侵蚀下，基础设施面临严重的腐蚀劣化问题，其安全服役面临巨大挑战。目前对于桥梁结构劣化主要通过碳纤维布加固并定期进行检测，存在无法及时发现问题的隐患以及能源消耗等问题。

微小振动机械能如车辆行驶、人员走动、潮汐拍打、风吹雨打、昼夜交替导致的热胀冷缩均会导致建筑结构产生微小变形，若能将这些机械能利用起来将会产生可观的绿色能源。近几年来，纳米发电技术快速发展，纳米发电技术在于将环境中微小振动机械能转变为电能的方式产生能源。摩擦纳米发电技术因其有更好俘获低频、弱机械振动条件下微小机械能、高发电效率、受环境影响小和成本低等优点，成为解决分布式能源问题的途径之一。

例如，专利CN106787930A公开了一种弹性结构的摩擦纳米发电机，包括弹性基底、若干个发电单元和质量块，弹性基底为蛇形弯折的多层折叠结构，相邻两层基底互相连接形成U型或V型凹陷结构；发电单元包括面对面设置的第一摩擦单元和第二摩擦单元，分别设置在相邻两层基底上；在振动能量作用下，质量块上下振动，弹性基底作用下使第一摩擦单元和第二摩擦单元互相接触分离，第一摩擦单元的电极和第二摩擦单元的电极之间产生电信号。其中，弹性基底选自表面包括绝缘层的金属薄膜材料、无机非金属材料和有机高分子材料或其组合，在车载传感器供电、大型装备健康状况监控，无线传感网络节点、环境气象监测、环境水质监测等领域有着广泛的应用前景。再如专利CN110601585A公开了一种用于收集波浪能的高性能摩擦纳米发电机，采用腔体结构，通过增加摩擦纳米发电机的有效接触面积，进而提高摩擦纳米发电机的发电性能，提高了摩擦纳米发电机的输出功率和稳定性，，可用于将自然环境中的丰富的波浪能或振动能转化为可利用的电能，结构简单，制造成本低，能量收集及转换效率高，应用范围广泛，具有极大的实用价值。

针对现有技术存在的问题，寻找一种能够利用微小振动机械能进而达到绿色环保目的的碳纤维复合材料十分必要。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种碳纤维复合材料及其制备方法和应用，能够兼顾结构增强/加固和电能输出功能，解决远程、分布式实时监测能源消耗问题，及时发现桥梁结构的安全隐患，同时多余能源可供桥梁路灯系统工作，是解决绿色清洁能源需求问题的方式之一。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种碳纤维复合材料，包括卷材A和卷材B；

所述卷材A包括碳纤维布和/或碳纤维板；

所述卷材B包括TENG薄膜、导电树脂层和绝缘层；

所述TENG薄膜的原料包括纳米金属颗粒、石蜡、热塑性树脂、改良剂。

进一步地，所述绝缘层为环氧树脂。

进一步地，所述纳米金属颗粒包括铝、铜、钢、镍、银中的一种或多种。

进一步地，所述热塑性树脂包括聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯和聚偏二氯乙烯中的一种或多种。

进一步地，所述导电树脂层由导电颗粒和环氧树脂分散混合而成。